Universell und modular

Für das zentrale Marktsegment der Mehrfamilienhäuser im Gebäudebestand wurde von Consolar und dem Forschungs- und Testzentrum für Solaranlagen (TZS) des Instituts für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) der Universität Stuttgart im Rahmen des vom BMWi geförderten F&E-Projekts „UniSto“ ein Speichersystem entwickelt, das aufgrund seiner Modularität den Zugang zu Bestandsgebäuden auch für Speicherkapazitäten mit einem Volumen bis ca. 10 m³ ermöglicht.

Der modulare Wärmespeicher ist druckbelastbar, so dass er vom Installateur in gewohnter Weise angeschlossen werden kann und einen effizienten Betrieb ohne Wärmeübertrager zwischen Speicher und Heizkreis sowie Wärmeerzeuger ermöglicht. Durch die sogenannte Dicht-an-Dicht-Montage und die integrierte Verrohrung werden eine gute Platzausnutzung und minimierte Wärmeverluste erreicht [1].

Ziel des Entwicklungsprojekts war die Erarbeitung und Erprobung von sicheren Lösungen für die neuartigen technologischen Herausforderungen. Dabei wurde eine hohe Montagefreundlichkeit erreicht. Weiterhin wird ein innovatives Konzept mit Vakuumdämmung des Speichersystems angeboten.

Modularer Aufbau zur einfachen Einbringung

Das modulare Speichersystem ist aufgebaut aus Einzelmodulen in Stahlbauweise (Bild 1). Der Behältermantel der einzelnen Module (1) besteht aus einem oval geformten Stahlblech, das den radialen Druck aufnimmt. Auf die Stirnseiten ist jeweils ein dünnes Stahlblech (2) geschweißt, das nur Dichtfunktion hat. Durch die Formgebung der Stirnseiten ist der genau definierte Sitz in Schienen (3) gewährleistet. Über druckstabile Endmodule (4), die auf beiden Seiten des Speichers über die Be- und Entladerohre (5) sowie die Stangen (6) verbunden sind, wird der Druck in Längsrichtung aufgenommen. Die Durchführung der Be- und Entladerohre durch die Behälter wird durch ein neues Dichtungssystem (7) gewährleistet.

Geschichtete Be- und Entladung

Die Be- und Entladerohre, die sich über die gesamte Länge des Speichers erstrecken, ermöglichen eine gleichmäßige, geschichtete Be- und Entladung. Für einen konstanten Austritt des Wassers liegen die Ein- und Austrittsöffnungen an der Trennstelle zwischen den Speichermodulen. Für die in diesem Bereich geschlitzten Be- und Endladerohre wird die Strömung über – zu den Be- und Entladerohren achsparallele – Hülsen beruhigt und ver­wir­be­lungs­arm horizontal eingeschichtet.

Die gleichmäßige, geschichtete Be- und Entladung über die gesamte Speichertiefe wurde durch Messungen am Feldtestspeicher bestätigt.

Kompakte Bauweise und effiziente Wärmedämmung

Das Wärmedämmsystem des „Varical“-Speichers umschließt alle Behältermodule wie einen einzigen Speicher, so dass gegenüber einer Speicherkaskade die Oberfläche zur Umgebung hin und damit die Wärmeverluste stark reduziert werden, und gleichzeitig auch der Material- und Platzbedarf ungefähr halbiert sind.

Die Wärmedämmung wurde so entwickelt, dass sie optional mit Vakuumisolationspaneelen (VIP) ausgestattet werden kann, um die Energieeffizienzklasse A für Wärmespeicher gemäß der Eco-Design-Richtlinie erreichen zu können. Die Standarddämmung ohne Vakuumdämmpaneele entspricht der Energieeffizienzklasse B. Hierfür wurden Dämmschalen aus mit strahlungsreflektierendem Graphit versetztem EPS („Neopor“) entwickelt, die, mit Schlitzen versehen, in die VIP geschoben werden können. Ohne diese Einschübe befindet sich weitgehend stehende Luft in den Schlitzen, die eine vergleichbare Dämmwirkung wie das Dämmmaterial selbst aufweist.

In Bild 2 ist der gesamte Aufbau des Dämmsystems zu sehen. Die Dämmung an den Stirnseiten ist besonders dick und in Vlies ausgeführt, so dass hier innerhalb der Dämmung siphonierte Anschlüsse zur Vermeidung von Mikrozirkulation untergebracht werden können.

Speichererprobung und Serieneinführung

Als erste Demonstrationsanlage wurde ein „Varical“-Speicher bestehend aus drei Modulen mit jeweils 1.350 l Speichervolumen in einer Wohnresidenz mit 74 Wohneinheiten in Rheinfelden aufgebaut. In einem kleinen, schlecht zugänglichen Raum (Fläche: 3,8 x 2,6 m) konnte durch den Einsatz des peicherkonzepts die doppelte Speicherkapazität im Vergleich zu einer Speicherkaskade realisiert werden. Die Inbetriebnahme des Speichers erfolgte im Januar 2015.

Eine zweite De­mon­stra­tions­anlage mit einem Speicher bestehend aus vier Modulen (5.400 l) wurde im April 2016 in Lörrach realisiert. Es handelt sich um eine Anlage mit 100 kW Biomasse-Kessel, gekoppelt mit einer Solaranlage mit 10 m² Kollektorfläche. Der „Varical“-Speicher wird seit 2016 in einem Feldtest für die Serieneinführung vorbereitet. Neben Consolar wird das Speichersystem auch von Mitgliedern eines Vermarktungskonsortiums in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Für das Jahr 2017 ist die Vermarktung als Serienprodukt geplant. Für technische oder geographische Anwendungen, die über die der aktuellen Konsortiumsmitglieder hinausgehen, ist der Einsatz des „Varical“-Speichers auch durch weitere OEM-Partner möglich.